邓仁菊;杨万勤;冯瑞芳;胡建利;秦嘉励;熊雪晶
【摘 要】季节性冻融期间的凋落物分解对季节性冻土区的森林生态系统过程可能具有重要的影响,但已有的研究报道很少.因此,采用凋落物分解袋法研究了岷江冷杉 (Abies faxoniana Rehder & E. H. Wilson)林和白桦(Betula platyphylla Sukaczev)林凋落叶的分解.一个季节性冻融期间,冷杉林和白桦林凋落物的质量损失率分别为(19.4 ±2.0)%和(21.5±3.5)%,约为1a中凋落物分解的64.5%和65.6%,表明季节性冻融对亚高山森林凋落物分解影响显著.冷杉凋落物中C、N、P、K、Ca和Mg的释放率为(15.0±1.0)%、(34.1±3.6)%、(17.0±0.9)%、(22.8±5.9)%、(20.1±0.1)%和(36.3±2.1)%,白桦凋落物中C、N、P、K、Ca和Mg的释放率为(20.7±0.1)%、(29.4±3.4) %、(15.7±1.3)%、(16.8±5.1)%、(21.3±1.8)%和(20.5±2 8)%.结合叶凋落物产量可以推断,冷杉林凋落物在一个季节性冻融期间释放到土壤的N、P、K、Ca、Mg为(10.17±1.14) kg · hm-2、(0.68±0.08) kg · hm-2、(4.08±0.46) kg · hm-2、(0.46±0.05) kg · hm-2、(0.09±0.01) kg · hm-2,白桦林为(5.61±1 12) kg · hm-2、(0.34±0.07) kg · hm-2、(1.21±0.24) kg · hm-2、(0.300±0.059) kg · hm-2、(0.051±0.010) kg · hm-2,这对于春季亚高山森林植物生长具有重要的生态学意义. 【期刊名称】《生态学报》
【年(卷),期】2009(029)010
【总页数】6页(P5730-5735)
【关键词】季节性冻融;凋落物分解;元素释放;亚高山森林
【作 者】邓仁菊;杨万勤;冯瑞芳;胡建利;秦嘉励;熊雪晶
【作者单位】四川农业大学林学院,四川雅安,625014;四川农业大学林学院,四川雅安,625014;四川农业大学林学院,四川雅安,625014;四川农业大学林学院,四川雅安,625014;四川农业大学林学院,四川雅安,625014;四川农业大学林学院,四川雅安,625014
【正文语种】中 文
【中图分类】Q142;Q948;S718.5
地球上受冻融作用的土壤约占全球陆地总面积的70%[1]，季节性冻土面积约45%[2]，是全
球中高纬度和高海拔地区普遍存在的自然现象[3]。中国受冻融作用的陆地面积约占国土陆地总面积的98%，季节性冻土面积约为53.5%[4]。因此，季节性冻融是影响中高纬度和高海拔地区的森林生态系统过程的重要生态因子。作为最为重要的森林生态系统过程之一，凋落物分解由降水淋溶、动物的咀嚼和啃食、土壤干湿交替和冻融循环、生物代谢等相互联系的物理、化学和生物作用共同完成[5]，但已有的大多数凋落物分解实验的温度范围为3～25℃[6]，有关季节性冻融期间亚高山森林凋落物分解的研究报道相当少见[6]，这很难揭示高寒地区森林生态系统过程。
作为我国第二大林区的主体，川西亚高山森林位于长江上游和青藏高原东缘，其在区域气候调节、水土保持、水源涵养和生物多样性保育等方面具有不可替代的作用和地位，因而其森林生态系统过程及其对全球气候变化的响应等受到普遍关注[7～10]，但迄今为止的研究均忽视了长达5～6个月的季节性冻融期对该区森林生态系统过程的影响。因此，本文报道了季节性冻融期间亚高山冷杉林和白桦林叶凋落物分解过程中的质量损失和养分释放，以期为深入揭示亚高山森林生态系统过程提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 研究区域与样地概况
研究区域位于王朗国家级自然保护区(103°55′～104°10′E，32°49′～33°2′N，海拔2300～4980 m)，地处青藏高原——四川盆地的过渡地带，属丹巴-松潘半湿润气候。受季风影响，形成干湿季节差异，干季(当年11月至翌年4月份)表现为日照强烈、降水少、气候寒冷、空气干燥；湿季(5～10月份)表现为降雨集中、多云雾、日照少、气候暖湿。年平均气温2.5～2.9℃，7月平均气温12.7 ℃，1月平均气温-6.1℃，多年平均降水量805 mm，土壤冻结时间长达5～6个月，主要植被为针阔混交林和针叶林[13]。以岷江冷杉(Abies faxoniana Rehder & E. H. Wilson)(FF)为优势树种的冷杉林位于牧羊场，坡向和坡度分别为NS170°和4°(海拔2600 m)。年均温2.9℃，多年平均降雨量801 mm，棕冲积土，微酸性，土层浅薄，土体结构简单，表层土壤有机质含量高。白桦(Betula platyphylla Sukaczev)纯林(BF)位于七坪沟，坡向和坡度分别为NS120°和40°(海拔2540m)。年均温为3.2℃，多年平均降雨量801 mm，棕壤，酸性，土层深厚，表层土壤有机质含量高。有关其植被落特征和土壤理化性质见文献[7, 11,12]。
1.2 样地设计和处理
2006年10月下旬(土壤冻结前)将凋落物袋埋于每个冷杉和白桦林地表和土壤10 cm处。凋落袋大小约为20 cm×20 cm，孔径0.5 mm(底面)和1 mm(上面)，每袋装有一定量烘干的凋落物样(冷杉叶凋落物30g，白桦叶凋落物20g)并做好标记。凋落物的初始元素含量见表1。经过一个自然的季节性冻融期后，于2007年4月～10月期间每月中旬取样。同时，于2007年4月中旬将相应的冷杉和白桦叶凋落物分解袋埋入对应的森林和土层(对照实验)，2007年5月～10月期间每月中旬取样。不同样地冻融与对照实验各取7个凋落物袋，小心去掉泥土和新长入的细根，装入保鲜袋后迅速带回实验室，称其鲜重。取少部分样品在70℃烘干至恒重，供养分和失重率的测定用。根据凋落物含水量计算分解后的凋落物干重。
表1 冷杉林(FF)和白桦林(BF)叶凋落物分解前的初始元素浓度 (g·kg-1)
Table 1 Initial concentrations (means ± SD, n=3) of carbon and nutrients in leaf litters of fir (Abies faxoniana Rehder & E. H. Wilson, FF) and birch (Betula platyphylla Sukaczev, BF) forests
样地SitesCNPKCaMgFF515.6±5.5a9.19±0.22a1.33±0.06a5.52±0.22a0.712±0.014a0.086±0.019aBF472.2±0.9b11.13±0.35b1.39±0.03a3.49±0.18b0.827±0.059b0.152±0.005b
*每一栏中不同的上标代表不同森林落之间的差异性是否显著(T测验, P<0.05); 下同 *Different superscript within a column indicate denote the significant differences among different stands (T test, P<0.05); FF, The Fir Forest, BF, The Birch Forest; the same below
1.3 实验方法
H2SO4-HClO4消煮后，全氮含量采用半微量凯氏定氮法测定；全磷含量采用钼锑钪比法测定，钾、钙、镁含量采用原子吸收法测定；有机碳含量采用重铬酸钾外加热法测定。
1.4 计算与统计分析
凋落物质量损失率的计算公式如下：
Dw = (ΔM/M0)×100%
式中，Dw为一个季节性冻融期内凋落物的质量损失率(%)，ΔM为一个季节性冻融期内所取样品的损失质量(g)，M0为投放时分解袋内样品质量(g)。
元素释放率的计算公式如下：
E=[(e0-e)/e0] ×100%
式中，E为一个季节性冻融期的元素释放率(%)，e为一个季节性冻融期后凋落物的养分量(g)，e0为凋落物初始养分量(g)。
所有数据用SPSS 12.0进行统计分析，T测验法检验不同森林类型、土层之间的差异。
2 结果
2.1 冻融期间的凋落物质量损失
表2所示为冷杉林和白桦林的叶凋落物在一个季节性冻融期间的质量损失率。表2显示，一个季节性冻融期间，冷杉林和白桦林的叶凋落物的平均质量损失分别为19.4%和21.5%。白桦林叶凋落物的质量损失高于冷杉林，但其差异性并不显著(P>0.05)。同一林分内，森林地表层的叶凋落物的质量损失小于土壤层，但差异性不显著(P>0.05)。这表明，季节性冻融期间，凋落物质量和埋葬深度对叶凋落物分解的影响并不显著。
表2 一个季节冻融期间冷杉林(FF)和白桦林(BF)叶凋落物的质量损失率
Table 2 Mass loss rates (means ± SD, n=5) of fir (Abies faxoniana Rehder & E. H. Wilson, FF) and birch (Betula platyphylla Sukaczev, BF) litters over one freeze-thaw season
样地Sites置放位置Location质量损失率Masslossrate(%)FF森林地表AG18.9±1.0aA土壤层BG(10cm)19.8±2.8aA平均Average19.4±2.0aABF森林地表AG20.2±3.1aA土壤层BG(10cm)22.6±2.7aA平均Average21.5±3.5aA
*每一栏中不同的上标代表不同森林落之间(第一个字母)和不同土层之间(第二个字母)的差异性是否显著(T检验, P<0.05). AG表示地表凋落物, BG表示地下10cm土壤层凋落物,下同 * Different superscripts within a column denote the significant differences among different stands (the first letter) and soil layers (the second letter) (T test, P<0.05); AG indicates aboveground litter; BG indicates 10cm belowground litter； the same below
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